Les cobertes cel·lulars, és a dir, les capes que separen el medi intern de exterior, són:
La membrana plasmàtica, que tenen totes les cèl·lules, tant eucariotes com procariotes
Les membranes de secreció, que poden faltar.
La paret cel·lular de les cèl·lules vegetals
La matriu extracel·lular en les cèl·lules animals
La paret bacteriana.
COMPOSICIÓ I ESTRUCTURA
El model de mosaic fluid de Singer i Nicholson.
La membrana plasmàtica és una làmina fina de 75 Aº (no visible al microscopi òptic) que envolta la cèl·lula i la separa del medi extern.
L’estructura és gairebé la mateixa en totes les cèl·lules i en tots els orgànuls citoplasmàtics membranosos → membrana unitària.
Està constituïda per una doble capa de lípids a la qual s’associen molècules proteiques, que es poden situar a les dues cares de la superfície d’aquesta doble capa o estar-hi englobades.
Forma una estructura anomenada mosaic fluid.
Els seus components:
Lípids (aprox 50% de la membrana)
Disposats en forma de bicapa lipídica
Actuen de barreraimpermeable al pas de la majoria de substàncies hidrosolubles.
Són
Fosfolípids
Presenten un cap hidròfil i dues cues hidrocarbonades hidrofòbiques.
Normalment una d’elles presenta dobles enllaços i per tant la cadena corbada → augmenten la fluidesa i inestabilitat de la membrana.
Colesterol
S'incrusta elntre els altres components lipídics de manera que disminueix la fluïdesa de la monocapa i manté l’estabilitat de la bicapa.
Glicolípids
Els glicolípids sols apareixen a la hemimembrana externa.
Els grups glucídics surten com a antenes sobre la superfície de la membrana.
La seva funció és intervenir en la comunicació entre les cèl.lules.
Proteïnes (aprox 50% de la membrana)
Els radicals polars queden fora de la membrana i els radicals lipòfils estableixen contacte amb els lípids de la membrana.
Trobem:
Proteïnes integrals o intrínseques.
Totalment o parcialment englobades en la bicapa
Proteïnes perifèriques o extrínseques.
Estan adossades a la bicapa. Són proteïnes solubles que només tenen sectors polars amb els quals s’uneixen als radicals polars del lípids de membrana i de les proteïnes integrals.
Glicocàlix
És el conjunt de cadenes oligosacàrids pertanyents als glicolípíds i les glicoproteïnes de la membrana cel·lular.
És a la cara externa de la membrana plasmàtica de moltes cèl·lules animals.
La membrana actua com una estructura dinàmica en la qual les molècules que la componen es desplacen lateralment.
Això permet que la membrana pugui autoreparar-se (autotancament) si sofreix una ruptura o fusionar-se amb qualsevol altra membrana.
Estructura asimètrica.
Només té glicolípids i glicoproteïnes (glicocàlix) a la cara externa de les cèl·lules animals.
Les proteïnes de la membrana també es distribueixen de manera heterogènia, ja que algunes únicament es disposen a la superfície externa, mentre que d’altres són especifiques de la cara interna.
FUNCIONS DE LA MEMBRANA PLASMÀTICA
Regulació del pas d’aigua, molècules i elements → Regular el medi intern cel·lular.
Funcions que depenen dels lípids:
Mantenir separat el medi extern del medi intern.
La bicapa lipídica actua com una barrera impermeable a tota mena de substàncies polars.
Realitzar processos d’endocitosi i exocitosi, gràcies a l’acoblament de les bicapes lipídiques.
Funcions que depenen de les proteïnes
Regular l’entrada i sortida de molècules.
Regular l’entrada i sortida d’ions
L’interior es manté carregat negativament respecte a l’exterior.
Realitzar activitat enzimàtica, gràcies als enzims de la membrana.
Constituir unions intercel·lulars.
Algunes proteïnes de membrana s’uneixen a les proteïnes de membrana d’altres cèl·lules veïnes.
Constituir punts d’ancoratge per al citoesquelet intern i per a la matriu extracel.lular.
Intervenir en la transducció de senyals.
Certes proteïnes de la membrana, quan són activades per una hormona, canvien la conformació i envien un senyal a l’interior de la cel·lular.
Funcions que depenen del glicocàlix
Reconeixement cel·lular.
En la fecundació, els espermatòcits reconeixen els gàmetes femenins de la seva espècie.
Molts virus i bacteris reconeixen les cèl·lules que infectaran quan s’uneixen prèviament als seus receptors.
Les cèl·lules similars es reconeixen per mitjà de receptors de membrana i s’adhereixen entre si per formar teixits.
Els receptors de membrana actuen com a antígens específics per a cada cèl·lula.
Per això. quan es produeixen trasplantaments, aquests receptors són reconeguts pel sistema immunitari de la persona que rep l’òrgan com a molècules estranyes i, a causa d’això, es produeix el rebuig.
2. El transport a través de la membrana plasmàtica.
La bicapa lipídica de la membrana actua com una barrera que separa dos medis aquosos: El medi extern del citosol.
Manté una càrrega elèctrica interna de signe negatiu.
Presenta una permeabilitat selectiva:
Permet el pas de petites molècules, sempre que siguin lipòfiles.
Regula el pas de molècules no lipòfiles.
Dues modalitats de transport:
Passiu, sense desgast d’energia.
Actiu, amb consum d’energia.
EL TRANSPORT PASSIU
Es un procés espontani de difusió de substàncies a través de la membrana.
Sempre a favor del gradient:
De concentració. Des del medi on les substàncies es troben més concentrades cap al medi on la concentració és més baixa.
Elèctric.
La conjunció dels dos gradients origina el gradient electroquímic, que determina el pas de substàncies.
Difusió simple
És el pas de
petites molècules no polars o liposolubles a favor del gradient electroquímic.
Són gasos, com ara l’O2 i el CO2, i algunes hormones com per exemple els esteroides.
També el pas de l’aigua i alguna ions (Na+, K+, Ca2+, Cl-) a través de porus proteics, unes estructures proteiques tubulars que travessen la membrana (purines, aquaporines) i que tenen els seus dos extrems sempre oberts.
Difusió facilitada
Es duu a terme gràcies a la intervenció de proteïnes intrínseques de membrana
Sempre és a favor de gradient, sense despesa energètica.
Dos tipus:
Proteïnes integrals de membrana o canals:
Els canals, a diferència dels porus, poden estar tancats i oberts.
Proteïnes transportadores de transmembrana, o permeases:
S’uneixen específicament a la molècula que transporten i l’alliberen a l’altre costat de la membrana després d’haver experimentat un canvi en la forma, per efecte d’aquesta unió.
Es diferencia de la difusió a través de canals en el fet que té una especificitat més gran, que permet el transport de molècules més grans (com els aminoàcids, la glucosa i la sacarosa).
Els porus, els canals i els transportadors són estructures similars.
EL TRANSPORT ACTIU
En aquest procés també actuen proteïnes de membrana, però requereixen energia, en forma d’ATP (Sòn les "bombes" transportadores)
→ Bomba de Na-K, Bomba de H, Bomba de Ca...
Permet el transport en contra del gradient electroquímic.
Exemple:
Bomba de sodi-potassi
Traspasa el Na+ cap a l’exterior de la membrana i K+ cap a l’interior.
Trenca l’ATP per obtenir l’energia necessària per al transport.
Amb cada ATP gastat s'introdueixen 2 K+ cap a l’interior i es treuen 3 Na+ a l’exterior.
L’exterior de la membrana resulta positiu respecte al medi intern → potencial de membrana.
El funcionament d’aquesta bomba resulta fonamental per a la fisiologia animal:
Regula les condicions osmòtiques i el volum cel·lular.
Condiciona la difusió d'altres elements (altres ions, H+...)
És especialment important perquè genera el potencial de membrana que en el cas de les neurones, possibilitat la transmissió de l’impuls nerviós.
En moltes cèl·lules, el gradient de concentració del Na+ generat per la bomba de Na-K es pot emprar per transportar altres soluts contra gradient, com és el cas de la glucosa → són els cotransportadors.
La cèl·lula no pot introduir al seu interior substàncies grans (macromolècules, virus, bacteris, etc.) i presenta mecanismes basats en la formació de vesícules membranoses a l’interior de les quals se situen les macromolècules.
Tipus:
Fagocitosi.
La cèl·lula ingereix partícules grans d’aliment, o fins i tot, microorganismes, a l’interior de grans vesícules o endosomes.
Es forma una prolongació, pseudopodi, que envolta la substància i forma una gran vesícula anomenada fagosoma.
Els enzims d'un lisosoma aboquen al fagosoma (que ara constitueix un vacúol digestiu) i s’encarreguen digerir el material fagocitat.
Així s’alimenten, per exemple, alguns protoctists (també els macròfags dels sistema immunitari fagociten microorganismes).
Pinocitosi.
La cèl·lula ingereix líquids i substàncies dissoltes que emmagatzema en petites vesícules.
Endocitosi mediada per receptor.
Procés altament específic.
Els receptors de membrana (proteïnes transmembranoses) reconeixen una determinada substància del líquid extracel.lular i inicien el procés.
Així entra per exemple el colesterol empaquetat en vesícules lipoproteiques que viatgen per la sang.
Exocitosi
És l’expulsió de macromolècules transportades per vesícules al medi extern.
D'aquesta manera s'expulsen substàncies de desfet o substàncies de secreció.
Les unions de contacte cel·lular són necessàries per constituir teixits.
Són per
Intervenció de substàncies intercel·lulars secretades per les mateixes cèl·lules, les anomenades membranes de secreció
O bé especialitzacions de la membrana plasmàtica.
Les unions íntimes, impermeables, oclusives o hermètiques.
No deixen espai intercel·lular.
Formades per molècules proteiques que solden (cusen) les membranes plasmàtiques entre si (com si fos una “cremallera”).
No permeten el pas de substàncies a través de l’espai intercel·lular, ja que aquest no existeix; per això també s’anomenen unions hermètiques o impermeables.
Són als teixits epitelials.
Els desmosomes i unions adherents.
Són unions puntuals que deixen un espai intercel·lular.
Ancoren cèl·lules, però sense impedir el pas de substàncies per l’espai intercel·lular.
El desmosoma es troba unit al citosquelet per una xarxa de filaments proteics.
Les unions de comunicació o de tipus gap
Són unions de comunicació, ja que, a més d’ancorar cèl·lules, posen en comunicació els seus citoplasmes.
Uneixen, per exemple, cèl·lules del teixit muscular cardíac.
4. Comunicació cel·lular.
La informació prové tant de cèl·lules veïnes com del conjunt de l’organisme.
És per control de la proliferació, la diferenciació cel·lular, el metabolisme etc.
Els sistemes de comunicació són extraordinàriament complexos.
MISSATGERS I RECEPTORS. MODALITATS DE COMUNICACIÓ
Missatgers
Els missatgers poden ser hormones, neurotransmissors o altres missatgers locals.
Des del punt de vista químic són molt variables
Derivats d'aminoàcids com ara l’adrenalina i la noradrenalina, que regulen la velocitat i la força del batec del cor.
Pèptids, com la insulina que regula el metabolisme de la glucosa.
Proteïnes, com ara les hormonesgonadotròpiques, que regulen el cicle menstrual en les dones i la funció de les gònades en els homes.
Lípids, com ara els esteroides o les prostaglandines, que modulen processos inflamatoris.
Receptors
Els receptors són proteïnes que actuen com a detectors i descodificadors del senyal que porta el missatger i transforma aquest senyal en un senyal intracel·lular.
Dos tipus de receptors, segons la naturalesa química del missatger
Receptors intracel·lulars, per a aquells missatgers prou petits i hidrofòbics per poder travessar la membrana.
Receptors de membrana, que detecten senyals extracel·lulars hidrofílics o de gran mida que no poden accedir a l’interior de la cèl·lula.
Acostumem a ser proteïnes transmembrana, proteïnes que travessen la membrana plasmàtica amb una regió cap a l’exterior i una altra cap a l’interior cel·lular.
5. Embolcalls externs. Les membranes de secreció.
Són capes compostes per substàncies produïdes per la cèl·lula que, quan són secretades, es dipositen a la superfície externa de la membrana plasmàtica.
LA MATRIU EXTRACEL.LULAR (en cèl.lules animals)
És un producte de secreció cel·lular.
Actua com a nexe d’unió, omple espais intercel·lulars i dóna consistència a teixits i òrgans.
Estructura de la matriu extracel.lular:
Composta per una fina xarxa de fibres proteiques (col·lagen, elastina ...) immerses en una estructura gelatinosa de glicoproteïnes hidratades, la substància fonamental amorfa.
El col·lagen és el component principal,
És una proteïna fibrosa formada per tres cadenes espirals sobre si mateixes.
Proporciona estructura, resistència a la ruptura i consistència a la matriu.
L’elastina és una proteïna fibrosa proporciona elasticitat a la matriu.
La substància fonamental amorfa està construïda per àcid hialurònic (polisacàrid aminat) unit a proteïnes filamentoses i cadenes glucídiques (proteoglicans).
La matriu extracel.lular és especialment abundant en els teixits connectius, com el conjuntiu i el cartilaginós.
Pot acumular:
Dipòsits de fosfat càlcic, i així originar el teixit ossi;
quitina, i donar lloc a l’exosquelet d’artròpodes
sílice, com s’esdevé en les esponges silícies.
Funció de la matriu cel.lular
Manté unides les cèl·lules que formen teixits, i els teixits, que formen òrgans.
Dóna consistència, elasticitat i resistènciaalt teixits.
Permet la difusió de substàncies i la migració de cèl·lules.
LA PARET CEL.LULAR (en cèl.lules vegetals)
La paret cel·lular és una coberta gruixuda i rígida que envolta les cèl·lules vegetals.
El component més abundant i característic és la cel·lulosa.
Constitueix un exosquelet que perdura després de la mort de la cèl·lula, i això serveix a moltes plantes com a teixit de sustentació, fet que els permet assolir una gran alçaria
Estructura de la paret cel·lular. La paret cel·lular està formada per:
Una xarxa de fibres de cel·lulosa
Una matriu, formada per aigua, sals minerals, hemicel.lulosa i pectina (substància amb una gran capacitat per retenir l’aigua).
Es pot impregnar de lignina, suberina, cutina, tanins i substàncies minerals, com el carbonat càlcic i la sílice.
La lignina confereix rigidesa a la paret cel·lular.
És molt abundant en teixits esquelètics com el teixit conductor llenyós que genera el tronc dels arbres.
La suberina i la cutina impermeabilitzen les parets de les cèl·lules que formen els teixits protectors.
Així, la suberina es troba a l’escorça (súber) dels arbres, i la cutina, a l’epidermis de les fulles i les tiges.
El carbonat càlcic i la sílice (mineralització) donen rigidesa a l’epidermis de moltes fulles.
Capes:
Làmina mitjana. És la primera capa que es forma. Té consistència gelatinosa degut a la pectina. Quan les cèl·lules del xilema moren la làmina mitjana s’impregna de lignina.
Paret primària. És la segona capa que es genera. Es prima, flexible i elàstica.
Paret secundària. És la darrera que se forma. Perdura després de la mort de la cèl·lula. Serveix com a teixit de suport. Conté major densitat de cel·lulosa i presència de lignina (xilema), ceres i cutina (feix de fulles) o suberina (suro)
Plasmodesmes i porus.
L’intercanvi de soluts i aigua entre les cèl·lules es du a terme a través de:
Plasmodesmes: Orificis que formen comunicacions citoplasmàtiques entre cèl·lula i cèl·lula (els citoplasmes de les cèl·lules vegetals estàn comunicats. Formen un "gran citoplasma" o simplast)
Porus: Cavitats a les pareds cel·lulars entre cèl.lules veïnes, on es situen els plasmodesmes.
Funció de la paret cel.lular
La paret cel·lular dóna forma i rigidesa a la cèl·lula i n’impedeix la ruptura.
La cèl·lula vegetal conté dins el citoplasma una elevada concentració de soluts que, a causa de la pressió osmòtica, originen un corrent d’aigua cap a l’interior cel·lular.
Si no fos per la paret cel·lular, la cèl·lula s’inflaria i al final es trencaria.
Als fongs la pared cèl·lular és de quitina, i als bacteris de mureïna (un peptidoglicà).
6. El citosol. (=hialoplasma)
És el medi aquós del citoplasma (85% d'H2O), en el qual hi ha dissoltes una gran quantitat de molècules que formen una dispersió col.loïdal:
Sals minerals
Metabòlits (monosacàrids, aminoàcids, nucleòtids, precursors de substàncies,...)
Gasos dissolts
Productes de rebuig
Missatgers intracel·lulars
Àcids nucleics: ARNm, ARNt
Proteïnes (enzims, estructurals, reguladores...)
Polisacàrids de reserva
Lípids de reserva.
Pot presentar forma de sol (consistència fluïda) o de gel (consistència viscosa).
Els canvis de sol a gel o viceversa i entre altres, faciliten per exemple a locomoció cel·lular, en concret, el moviment ameboide.
Funcions:
Donar volum a la cèl·lula
Transport i difusió de substàncies.
Moviments citoplasmàtics
Moviment de vesícules.
Acumulació de substàncies de reserva.
És el lloc on es produeixen moltes rutes metabòliques: Gluconeogènesi, Glicogenòlisi, Biosíntesi d’aminoàcids, Lipogènesi, Biosíntesi d’àcids grassos, Glucolisi, Fermentació làctica...
Inclusions citoplasmàtiques
Són acumulacions de substàncies que es troben en el citoplasma i que no estan envoltades de membrana.
Apareixen tant en procariotes com en eucariotes animals i vegetals.
Per exemple:
Inclusions de reserva.
En cèl·lules animals:
Glicogen que abunda a les cèl·lules hepàtiques i musculars.
Lípids, generalment triacilglicèrids, que formen gotetes al citosol, especialment en cèl·lules adiposes.
En cèl·lules vegetals:
es troben gotes de grassa, com per exemple a les llavors de les plantes oleaginoses.
Olis essencials, com per exemple terpens (mentol, geraniol...).
Pigments, Proteïnes precipitades, Productes de rebuig...
7. El citoesquelet.
El citosquelet es troba en totes les cèl·lules eucariotes.
El forma una xarxa de filaments proteics. Destaquen els:
Microfilaments o filaments d’actina
Filaments intermedis
Microtúbuls.
A més, hi intervé un elevat nombre de petites proteïnes associades que uneixen els filaments del citosquelet entre sí i, també, amb el sistema membranós cel·lular.
Funció
Mantenir la forma de la cèl·lula i gestionar el canvi d'aquesta forma.
Possibilitar el desplaçament de la cèl·lula. (pseudòpodes).
Contreure les cèl·lules musculars
Transportar i organitzar els orgànuls en el citoplasma.
MICROFILAMENTS
Els microfilaments són bàsicament filaments d’actina.
Són els components més importants del citosquelet.
En les cèl·lules musculars els filaments d’actina estan associats a altres microfilaments, els de miosina, amb els quals formen estructures contràctils.
Funció
Mantenen la forma de la cèl·lula.
Faciliten l’emissió dels pseudòpodes, que possibiliten el desplaçament cel·lular i la fagocitosi.
Permeten l’estabilitat de prolongacions citoplasmàtiques.
Per exemple, les microvellositats de les cèl·lules intestinals es sostenen gràcies a una carcassa constituïda per feixos de filaments d’actina associats a molècules d’altres proteïnes
Possibiliten el moviment contràctil de les cèl·lules musculars.
FILAMENTS INTERMEDIS
Gruix intermedi entre el dels microtúbuls i el dels microfilaments.
Estructura
Estan constituïts per proteïnes filamentoses.
Alguns tipus són:
Els neurofilaments que es troben en els àxons de les neurones.
Els filaments de queratina, que es troben a les cèl·lules epitelials (ungles, pell, cabells...).
Funció
Els filaments intermedis exerceixen funcions estructurals.
MICROTÚBULS
Els microtúbuls són estructures cilíndriques i buides constituïdes per tubulina
S’originen:
En les cèl·lules animals, a partir del centrosoma.
En les cèl·lules vegetals, a partir del centre organitzadors dels microtúbuls
Funció
El moviment de la cèl·lula, participen en l’emissió de pseudòpodes, així mateix. són els principals elements estructurals dels cilis i els flagels.
L’organització del citosquelet. Els microtúbuls són els components més importants del citosquelet en les cèl·lules eucariotes.
La forma cel·lular. Els microtúbuls i els altres filaments del citosquelet constitueixen una xarxa que pot mantenir o modificar la forma de la cèl·lula.
L’organització i la distribució dels orgànuls.
Separació de cromosomes, quan s’inicien els processos de divisió cel·lular.
Correspon a la zona del citoplasma on es troba el centre organitzador de microtúbuls.
Genera els microtúbuls.
Dos tipus de centrosomes
Centrosoma amb centríols,
Als animals.
Centrosoma sense centríols
Als vegetals i fongs.
Malgrat no tenen centríols, a partir d’ells es formen els microtúbuls del fus acromàtic.
Deriven del centrosoma totes les estructures constituïdes per microtúbuls, com
Els cilis i flagels (undilopodis) encarregats del desplaçament cel·lular.
Són prolongacions citoplasmàtiques mòbils, situades en la superfície cel·lular.
Presenten una estructura interna formada per una estructura ordenada de microtúbuls, que es troba envoltada per la membrana.
Ténen aproximadament la meteixa gruixa, però els cilis són molt més curts.
Tenen una funció de motilitat (protozous, espermatozoides...) o de creació d'un corrent extracel·lular (conductes interns animals) -les plantes no tenen cilis-.
Ell fusacromàtic, encarregat de la separació dels cromosomes durant la divisió cel.lular
L’estructura del citoesquelet, els filaments del quals s’organitzen al voltant dels microtúbuls.
Pots fer els exercicis 30, 31, 32, 34, 36
9. Els ribosomes.
Els ribosomes són unes estructures globulars, mancades de membrana, que estan constituïdes per diversos tipus de proteïnes associades a àcids ribonucleics ribosòmics (ARNr) procedents del nucléol.
Existeixen en totes les cèl·lules (fins i tot als glòbuls vermells) -són quasi inexistents als espermatozoides-.
Es poden trobar
dispersos al citosol
Adherits a la membrana del reticle endoplasmàtic rugós
Unes proteïnes, les riboforines, possibiliten l’ancoratge.
També es poden trobar lliures a la matriu dels mitocondris i a l’estroma dels cloroplasts
Estructura
A les cèl·lules eucariotes
Presenten una velocitat de sedimentació de 80 S
Formats per dues subunitats: Una 40 S i una 60 S.
Les dues subunitats estan separades en el citoplasma, i s’uneixen únicament quan han de desenvolupar la funció de síntesi de proteïnes.
Cada ribosoma conté: 80 % d’aigua, 10 % d’ARNr, 10 % de proteïnes. És a dir, en pes sec contenen el 50 % d’ARNr i el 50 % de proteïnes
A les cèl.lules procariotes els ribosomes són més petits
Presenten una velocitat de sedimentació de 70 S, la suunitat petita 30 S i la grossa 50 S.
També són més petits els ribosomes dels mitocondris i cloroplast
Funció
Els ribosomes serveixen per fer la biosíntesi de proteïnes.
L’ARNm s’uneix a la subunitat petita del ribosoma i, posteriorment, a la subunitat gran, i així s’inicia la traducció.
Un cop acabada la síntesi de la proteïna, les dues subunitats se separen.
Les molècules d’ARNm són llegides, generalment, per una sèries de ribosomes → formen unes cadenetes → són els poliribosomes o polisomes.
